集输工作者应根据油田开发设计和采油工艺确定集输系统的规模、工艺流程和总体布局, 使油田开发、开采和集输系统互相协调、生产平稳, 促进油田的开发和开采。不同的油田根据特点选择不同的开采模式。油气田在开发、生产过程中, 需要大量热量用于油气的开采、集输和处理, 这些热量主要依靠加热炉和锅炉提供。油气田加热炉是油气田地面集输、处理与输送各个环节中必不可少的重要生产设施之一。油井井口加热、掺水、热洗、转油站含水油外输、原油脱水、联合站净化油外输、原油稳定、成品油输运、气田的集输与处理以及地面设施的供暖和伴热等环节都离不开这一设施。
1 油气田加热炉用途及分类
(1) 火筒式加热炉主要由燃烧器、火管、烟管、壳体构成。燃料燃烧产生的高温烟气通过火管壁、烟管壁来加热壳内的被加热介质。由于壳体内被加热介质流通截面积大, 介质流动缓慢, 烟火管外壁面易结垢。火筒炉一般置于油气集输工艺的泵前, 设备压降较低。
(2) 水套式加热炉主要由燃烧器、火管、烟管、壳体和被加热介质盘管构成。燃料燃烧产生的高温烟气通过火管壁、烟管壁来加热热媒, 热媒受热后以对流的形式把热量传递给盘管内的被加热介质。由于火管不直接与被加热介质接触, 安全性好。
(3) 相变式加热炉相变式加热炉是近十多年来推广应用的一种新型加热炉, 其原理与水套炉类似, 只是其内部热媒分为气液相两部分, 被加热介质受热面位于气相空间, 依靠相变换热来加热介质。按蒸汽运行的压力不同, 可分为真空相变和正压相变加热炉。
相变式加热炉换热技术优于其他加热炉, 单位热负荷耗钢量得到减少, 换热面温度梯度降低, 结垢减缓。
(4) 管式加热炉主要有立式和卧式两种, 由燃烧器、炉膛、烟箱和烟囱等部分组成。在炉膛内部, 火焰以热辐射方式直接加热介质盘管;烟箱内部布满蛇形盘管, 高温烟气以对流方式加热介质盘管。加热温差大、温升快、允许被加热介质压力高, 但介质盘管内壁易结焦、易结垢。
2 油气田在用加热炉能效现状
油气田在用加热炉数量多、炉型多 (水套式加热炉、相变式加热炉、火筒式加热炉、热煤炉和管式加热炉等) 、装机容量低、加热介质温度低、负荷率低、炉效低, 平均炉效近80%。
油气田在用加热炉单体功率偏低, 尤其是井口加热炉, 平均功率在150k W左右, 炉效一般为40%~60%, 直接影响了油气田加热炉平均热效率。油气田在用加热炉平均运行热效率为80%;而资料数据显示, 国内石化行业加热炉平均运行热效率为90%以上, 而在国际上, 先进国家的油气田加热炉平均运行热效率为88%以上。
3 油气田加热炉低效原因剖析
(1) 装机容量油气田的生产特点决定了油气田加热炉点多、面广, 单机容量小。油气田加热炉单机容量多在2.5MW以下。装机容量小于0.4MW的加热炉占大多数。小容量加热炉热效率明显低于大容量加热炉。
(2) 运行负荷一是油气田供热需求具有显著的季节性, 即冬季高春秋低, 夏季部分加热炉停运。运行负荷季节性波动较大。二是加热介质即采出液产量, 尤其是井口产量波动较大。辽河油田平均热负荷率仅32%。三是加热炉的建设相对分散。所服务的集油系统一般以转油站或脱水站为单位独立存在。在油田生产中, 服务于油气集输网络的加热炉相对服务于注水网络的注水泵来说, 互相备用协调调度可用性差, 加热炉一般无法在多个站之间备用, 导致加热炉备用系数大, 运行负荷率低且调整难度大。四是随着生产运行时间的延长, 区域性产量递减, 部分加热炉无法达到原设计负荷, 加热炉“大马拉小车”问题凸显。
(3) 工况条件油气田加热炉主要用于井场、站场, 被加热介质油水泥沙混杂, 工况条件恶劣, 加速加热炉的老化程度, 极易在换热面介质侧结垢、淤积, 阻碍热量传递, 影响传热效果, 使其热效率降低。根据开发方式, 有些被加热介质中含有驱油用化学剂, 粘稠度高, 介质侧换热面淤积严重。目前油气田多采用人工清垢和化学清垢, 这两种清垢方式费时费力。
(4) 燃烧器自控水平加热炉燃烧器智能化, 会有效提高加热炉热效率。燃烧器是加热炉的核心部件, 当前国内针对油气田燃料情况的专用高效燃烧器很少。加热炉厂家多直接采用工业锅炉燃烧器。
(5) 运行管理加热炉运行管理工作不到位, 一方面基层单位日常监测对设备运行指导不够;另一方面, 加热炉运行参数没有随着负荷量、气候及燃烧情况的变化而及时动态调节, 设备不能始终在经济高效工作区运行;此外设备出现问题没能及时维修, 也有一定影响。
4 结语
油气田加热炉的烟气氧含量是监测加热炉热效率的重要指标, 烟气氧含量主要通过过剩空气系数来衡量, 过剩空气系数过大会对加热炉的热效率造成一系列的影响。
排烟温度越高, 热损失越大, 炉效越低。如排烟温度为200℃时, 空气系数每增大0.1, 全炉热效率将下降约0.75个百分点。排烟温度越高, 过剩空气带走的热量越多, 对热效率的影响越大。
通过降低炉外壁温度来减少散热损失。但炉外壁温度降到多少才是合理的, 需要通过技术经济分析才能确定。经济合理的炉外壁温度主要取决于耐火隔热材料的价格和燃料价格, 过于追求太低的炉外壁温度是不经济的。
摘要：油田开发是一项系统工程, 在认识和掌握油田地质及其变化规律的基础上, 通过开发配套技术把地下石油资源尽可能多的采到地面的全过程。加热炉能效的高低直接影响集输系统的经济效益。本文就油气田加热炉能效进行探讨。
关键词：辽河油田,集输系统,加热炉,综合应用
参考文献
[1] 李清方.油田新型高效水套炉的开发研究[J].石油规划设计, 2006, 17 (5) :12-14.